PN結的形成及特性

1、重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院3.2 PN結的形成及特性結的形成及特性 3.2.2 PN結的形成結的形成 3.2.3 PN結的單向導電性結的單向導電性 3.2.4 PN結的反向擊穿結的反向擊穿 3.2.5 PN結的電容效應結的電容效應 3.2.1 載流子的漂移與擴散載流子的漂移與擴散重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 3.2.1 載流子的漂移與擴散載流子的漂移與擴散漂移運動：漂移運動： 在電場作用引起的載流子的運動稱為在電場作用引起的載流子的運動稱為漂移運動漂移運動。擴散運動：擴散運動： 由載流子濃度差引起的載流子的運動稱為由載流子濃度差引起的載流子的運動稱為擴散擴散運動運動。重慶工學

2、院電子學院重慶工學院電子學院 3.2.2 PN結的形成結的形成重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 3.2.2 PN結的形成結的形成重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 在一塊本征半導體兩側通過擴散不同的雜質在一塊本征半導體兩側通過擴散不同的雜質, ,分別分別形成形成N N型半導體和型半導體和P P型半導體。此時將在型半導體。此時將在N N型半導體和型半導體和P P型半導體的結合面上形成如下物理過程型半導體的結合面上形成如下物理過程: :因濃度差因濃度差 空間電荷區(qū)形成內電場空間電荷區(qū)形成內電場 內電場促使少子漂移內電場促使少子漂移 內電場阻止多子擴散內電場阻止多子擴散 最后最后, ,多子的多

3、子的擴散擴散和少子的和少子的漂移漂移達到達到動態(tài)平衡動態(tài)平衡。多子的擴散運動多子的擴散運動 由由雜質離子形成空間電荷區(qū)雜質離子形成空間電荷區(qū) 重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 對于對于P P型半導體和型半導體和N N型半導體結合面，離型半導體結合面，離子薄層形成的子薄層形成的空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)稱為稱為PNPN結結。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱稱耗盡層耗盡層。 重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 如果外加電壓使如果外加電壓使PNPN結中：結中： P P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓正向電壓，簡稱簡稱正偏正

4、偏； PNPN結具有單向導電性結具有單向導電性，若外加電壓使電流從，若外加電壓使電流從P P區(qū)流到區(qū)流到N N區(qū)，區(qū)， PNPN結呈低阻性，所以電流大；反之是結呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。高阻性，電流小。 P P區(qū)的電位低于區(qū)的電位低于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加反向電壓反向電壓，簡稱簡稱反偏反偏。 3.2.3 PN結的單向導電性結的單向導電性重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 (1) PN(1) PN結加正向電壓時的導電情況結加正向電壓時的導電情況 外加的正向電壓有外加的正向電壓有一部分降落在一部分降落在PNPN結區(qū)，結區(qū)，方向與方向與PNPN結內電場方向結內電場

5、方向相反，削弱了內電場。相反，削弱了內電場。于是于是, ,內電場對多子擴散內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，漂移電流的影響，PNPN結結呈現(xiàn)低阻性。呈現(xiàn)低阻性。 PNPN結加正向電壓時的導電情況如圖所示。結加正向電壓時的導電情況如圖所示。PN結加正向電壓結加正向電壓時的導電情況時的導電情況重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 (2) PN(2) PN結加反向電壓時的導電情況結加反向電壓時的導電情況 外加的反向電壓有一部分降落在外加的反向電壓有一部分降落在PNPN結區(qū)，方向與結區(qū)

6、，方向與PNPN結內電場方向相同，加強了內電場。內電場對多子結內電場方向相同，加強了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時擴散電流大大減小。此時PNPN結區(qū)的少子在內電場的結區(qū)的少子在內電場的作用下形成的漂移電流大作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散于擴散電流，可忽略擴散電流，電流，PNPN結呈現(xiàn)高阻性。結呈現(xiàn)高阻性。 在一定的溫度條件下，在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大本上與所加反向電壓的大小無關小無

7、關，這個電流也稱為這個電流也稱為反向飽和電流反向飽和電流。 PNPN結加反向電壓時的導電情況如圖所示。結加反向電壓時的導電情況如圖所示。圖圖 PN結加反向電壓時的導電結加反向電壓時的導電情況情況重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 PNPN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；具有較大的正向擴散電流； PNPN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。具有很小的反向漂移電流。 由此可以得出結論：由此可以得出結論：PNPN結具有單向結具有單向導電性。導電性。重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 3.2.3 PN結的單

8、向導電性結的單向導電性 (3) PN(3) PN結結V V- -I I 特性表達式：特性表達式：其中其中: :PNPN結的伏安特性結的伏安特性)1e (/SDD TVIivI IS S 反向飽和電流反向飽和電流V VT T 溫度的電壓當量溫度的電壓當量且在常溫下且在常溫下( (T T=300K=300K）: :V026. 0 qkTVTmV 26 重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 3.2.4 PN結的反向擊穿結的反向擊穿 當當PNPN結的反向電壓增結的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為稱為PNPN結的結的反向擊穿。反向擊穿

9、。熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆 雪崩擊穿雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿 電擊穿電擊穿可逆可逆重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 3.2.5 PN結的電容效應結的電容效應(1) (1) 擴散電容擴散電容C CD D擴散電容示意圖擴散電容示意圖擴散電容是由多子擴散后，在擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面積累而形成結的另一側面積累而形成的。因的。因PN結正偏時，由結正偏時，由N區(qū)擴區(qū)擴散到散到P區(qū)的電子，與外電源提區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積流。剛擴散過來的電子就堆積在在 P 區(qū)內緊靠區(qū)內緊靠PN結的附近，結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布形成一定的多子濃度梯度分布曲線。曲線。反之，由反之，由P區(qū)擴散到區(qū)擴散到N區(qū)的空區(qū)的空穴，在穴，在N區(qū)內也形區(qū)內也形成類似的濃度梯度分布曲線。成類似的濃度梯度分布曲線。重慶工學院電子學院重慶工學院電子學院 3.2.5 PN結的電容效應結的電容效應 (2) (2) 勢壘電容勢壘電容C CB B勢壘電容是由空間電荷